工程材料5塑性變形ppt課件

1、 資料在外力作用下會產生變形，首先產生彈性變形。當應力超越資料的彈性極限時，金屬將產生塑性變形。第一節(jié)第一節(jié) 金屬的塑性變形金屬的塑性變形 當外載荷在資料內部所產生的內應力超越了資料的屈服強度以后，即使去掉外載荷，變形也不能完全消逝的變形稱為塑性變形。它不僅改金屬的外形，而且使內部組織和構造發(fā)生變化。經過塑性變形后的金屬，在隨后的加熱過程中，內部組織也發(fā)生一系列變化，這些都對性能有明顯的影響。金屬塑性變形方法金屬塑性變形方法 單晶體的塑性變形的主要方式是滑移和孿生。其中滑移是最根本、最普遍的塑性變形方式，孿生只是在滑移難以進展時出現。 1.滑移 1滑移帶和滑移線 滑移:在切應力作用下，晶體的一

2、部分相對于另一部分沿一定晶面產生的相對挪動滑動。一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形察看產生滑移后的金屬外表痕跡，滑移帶和滑移線。察看產生滑移后的金屬外表痕跡，滑移帶和滑移線。銅變形后外表的滑移帶銅變形后外表的滑移帶 2滑移系滑移系 滑移總是沿原子陳列密度最大的晶滑移總是沿原子陳列密度最大的晶面和晶向發(fā)生。即滑移面和滑移方向。面和晶向發(fā)生。即滑移面和滑移方向。 滑移面和滑移方向大多是原子陳列最密的晶面和滑移面和滑移方向大多是原子陳列最密的晶面和晶向。圖中晶向。圖中A晶面是原子陳列最密的晶面，晶面間的間晶面是原子陳列最密的晶面，晶面間的間隔最大，即面與面之間的結合力最弱，故在切應力作隔最大，

3、即面與面之間的結合力最弱，故在切應力作用下，沿該晶面滑移比較容易；反之，用下，沿該晶面滑移比較容易；反之，B A晶面不易沿晶面不易沿此面滑移。此面滑移。 一個滑移面和其面上任一滑移方向構成一個滑移系。一個滑移面和其面上任一滑移方向構成一個滑移系。a 6 2=12個滑移系個滑移系b4 3=12個滑移系個滑移系c1 3=3個滑移系個滑移系一樣條件下，滑移系多，塑性好；滑移系一樣時，滑移方向多，塑性好。一樣條件下，滑移系多，塑性好；滑移系一樣時，滑移方向多，塑性好。 滑移的同時伴隨著晶體的轉動。 轉動有兩種：一種是滑移面向外力軸向的轉動；另一種是滑移面上滑移方向向最大切應力方向轉動。 3晶體的轉動晶

4、體的轉動軸向的轉動軸向的轉動最大切應力方向轉動最大切應力方向轉動4滑移機理滑移機理 滑移是經過滑移面上位錯滑移是經過滑移面上位錯的運動來實現的。的運動來實現的。 把滑移想象為剛性整體滑動所需把滑移想象為剛性整體滑動所需的實際臨界切應力值比實踐丈量臨界的實際臨界切應力值比實踐丈量臨界切應力值大幾百千倍。切應力值大幾百千倍。皺皺折折運運動動位位錯錯的的運運動動2.孿生孿生 孿生晶體的一部分沿一定晶面的晶向，相對于另一部分所產生剪切變形。 2.孿生孿生 1)孿生變形使一部分晶體發(fā)生均勻的切應變(發(fā)生孿生變形的部分稱為孿晶帶)，而滑移變形那么集中在一些滑移面上。 2)孿生使晶體變形部分(孿晶帶)的位向

5、發(fā)生了改動，并與未變形部分的位向構成了鏡面對稱關系，構成了以孿晶面為對稱面的一對晶體，稱為孿晶(或雙晶)。而滑移變形后，晶體各部分的相對位向不發(fā)生改動。 3)孿生變形時，孿晶帶中每層原子沿孿生方向的位移量都是原子間距的分數值，并且和距孿晶面的間隔成正比。而滑移變形時，晶體的一部分相對于另一部分沿滑移方向的位移量為原子間距的整數倍。 4)孿生變形所需的切應力比滑移變形大得多，故只需在滑移很難進展的條件下才發(fā)生孿生。如六方晶格的金屬因滑移系較少，孿生就比較容易發(fā)生。而滑移系較多的體心立方晶格的金屬，只需在低溫或遭到沖擊時，才產生孿生變形。面心立方晶格的金屬普通不發(fā)生孿生變形。主要特點：主要特點：1

6、.多晶體的塑性變形特點：多晶體的塑性變形特點： 不均勻均一的塑性變形。不均勻均一的塑性變形。 多晶體中各晶粒位向不同，處于軟位向的晶粒先變形，處多晶體中各晶粒位向不同，處于軟位向的晶粒先變形，處于硬位向的轉動后再變形或不變，且晶粒內部變形也不一致，于硬位向的轉動后再變形或不變，且晶粒內部變形也不一致，所以多晶體的塑性變形不一致、不同時。所以多晶體的塑性變形不一致、不同時。二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形 對于多晶體的塑性變形，在塑性變形過程中，金屬的晶粒內部也是滑移為主要方式，晶粒間也產生了滑移并轉動多晶體的晶間變形。 由于晶界和晶粒位向的影響，位錯的運動阻力加大，致使細晶粒的金屬的強

7、度增大。金屬的晶粒越細，其塑性和韌性也越高。經過細化晶粒來同時提高金屬的強度、硬度、塑性和韌性的方法稱細晶強化。 2.晶界及晶粒位向差的影響晶界及晶粒位向差的影響 晶界的影響晶界的影響 當位錯運動到晶界附近時，遭到晶界的妨當位錯運動到晶界附近時，遭到晶界的妨礙而堆積起來礙而堆積起來, ,稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)稱位錯的塞積。要使變形繼續(xù)進展進展, , 那么必需添加外力那么必需添加外力, , 從而使金屬的變形從而使金屬的變形抗力提高強度提高?？沽μ岣邚姸忍岣?。晶粒位向差的影響晶粒位向差的影響 由于各相鄰晶粒位向不同，當一個晶粒發(fā)生塑性變形時，為了堅持金屬的延續(xù)性，周圍的晶粒假設不發(fā)生塑性變形，

8、那么必以彈性變形來與之協調。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高強度提高。 晶粒越細、塑性也越好。其緣由在于：晶粒越細，那么晶界越曲折，越不利于裂紋的傳播；晶粒越細，變形可以分散在更多的晶粒內進展，且變形均勻，減少應力集中，從而可以在斷裂之前接受更大的塑性變形。 塑性變形改動了資料的外形，對組織和性能也帶來了影響。第二節(jié)第二節(jié) 塑性變形對金屬組織與性能的影響塑性變形對金屬組織與性能的影響一、冷塑性變形對金屬性能的影響一、冷塑性變形對金屬性能的影響 產生加工硬化產生加工硬化 由于塑性變形的變形度添加，使金屬的強度、硬度提高，而塑性下

9、降的景象稱為加工硬化。二、冷塑性變形對金屬組織的影響二、冷塑性變形對金屬組織的影響 金屬在外力作用下產生塑性變形時，隨著外形變化，而且其內部的晶粒外形也相應地被拉長或壓偏。當變形量很大時，晶粒將被拉長為纖維狀。1. 構成纖維組織構成纖維組織(a) 未變形未變形(c) 變形變形80%(b) 變形變形40% 由于塑性變形過程中晶粒的轉動，當變形量到達一定程度7090以上時，會使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，構成織構。 塑性變形使晶粒碎化，內部構成更多位向略有差別的亞晶粒亞構造，在其邊境上聚集著大量位錯。2. 亞組織的細化亞組織的細化3. 產生形變織構產生形變織構 由于金屬塑性變形時,

10、內部變形不均勻，外力取消后，金屬內部殘存內應力。 可分為三類： 第一類內應力是金屬外表與心部變形不均勻呵斥的宏觀應力。宏觀應力會引起零件變形。 第二類內應力是由于相鄰晶粒之間或晶粒內部變形不均勻呵斥的晶間微觀應力。過高，易呵斥應力腐蝕、顯微裂紋。 第三類內應力是由于晶格畸變、位錯密度添加引起的，又稱晶格畸變內應力。是變形中的主要內應力(占90%以上)，是金屬強化的主要緣由。 加工硬化和剩余應力的存在，使金屬的物理和化學性能發(fā)生顯著變化。如電阻添加、耐蝕性下降。 剩余拉應力會降低承載才干，尤其是降低疲勞強度。二、產生剩余應力二、產生剩余應力第三節(jié)第三節(jié) 冷變形金屬在加熱時的變化冷變形金屬在加熱時

11、的變化 金屬經冷塑性變形后，組織處于不穩(wěn)定形狀，有自發(fā)恢復到變形前穩(wěn)定組織形狀的傾向。但在常溫下，原子的分散才干小，這種不穩(wěn)定形狀可維持相當長的時間。而加熱那么使原子分散才干添加，金屬將依發(fā)生回復、再結晶和晶粒長大三個階段。 回復是指在加熱溫度較低時，由于金屬中的點缺陷及位錯的近間隔遷移而引起晶內某些變化，如空位與其他缺陷合并、同一滑移面上的異號位錯相遇合并而使缺陷數量減少等。隨著溫度的升高，已產生加工硬化的金屬其晶格的扭曲程度減小，但金屬組織還沒有顯著變化的景象。 一、回復一、回復 回復使金屬的內能降低。金屬在回復階段強度、硬度略有下降、塑性略有上升，內應力和電阻顯著降低，但組織變化不明顯。

12、如 ：經冷拉的鋼絲卷成彈簧后的低溫回火加熱到250300,青銅絲彈簧加工后的回火處置(加熱到120125)。 T回=0.250.3T熔 K 隨著溫度的進一步升高，已發(fā)生回復的金屬開場以某些碎晶或雜質為中心經過新晶核的構成和長大，構成新的晶粒，從而消除了加工硬化的景象。二、再結晶二、再結晶 由畸變的晶粒變?yōu)榈容S晶粒的過程稱為再結晶。鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱1. 再結晶過程再結晶過程 當變形金屬被加熱到較高溫度時，由于原子活動才干增大，晶粒的外形開場發(fā)生變化，由破碎拉長的晶粒變?yōu)橥旰玫牡容S晶粒。 再結晶也是一個晶核構成和長大的過程，但不是相變過程，再結晶前后新舊晶粒的

13、晶格類型和成分完全一樣。 再結晶溫度指冷塑性變形金屬發(fā)生再結晶的最低溫度。再結晶不是一個恒溫過程，它是自某一溫度開場，在一個溫度范圍內延續(xù)進展的過程，與變形量等要素有關。2. 再結晶溫度再結晶溫度 金屬的預變形度，預變形度越大，再結晶溫度越低。 金屬的熔點，金屬的熔點越高，它的再結晶溫度越高。純金屬的再結晶溫度T再熔點T再以下近似關系： T再=0.350.45T熔 K 金屬的純度，普通就來，雜質或合金元素均會妨礙原子分散和晶界遷移，使再結晶濕度升高。 加熱條件，加熱速度越慢，保溫時間越長，原子分散越充分，再結晶溫度越低。 影響再結晶度的要素影響再結晶度的要素消費中金屬的再結晶退火溫度比其再結晶

14、溫度高100200。2. 再結晶退火再結晶退火 把冷變形金屬加熱到再結晶溫度以上，使其產生再結晶的熱處置稱為再結晶退火。三、晶粒長大三、晶粒長大 再結晶完成后，假設繼續(xù)升高加熱溫度或延伸保溫時間，金屬晶粒將繼續(xù)長大是經過晶界的遷移進展的，是大晶粒吞食小晶粒的過程。這是一個自發(fā)的過程。 影響晶粒大小的要素除加熱溫度和保溫時間外，還有晶粒原始尺寸、雜質的分布、預先變形度等。加熱溫度和預先變形度影響最大。晶粒粗大會使金屬的強度，特別是塑性和沖擊韌性降低。 加熱溫度越高，保溫時間越長，金屬晶粒越粗大。 1. 加熱溫度和保溫時間的影響加熱溫度和保溫時間的影響黃銅再結晶后晶粒的長大黃銅再結晶后晶粒的長大5

15、80C保溫保溫8秒后的組織秒后的組織580C580C保溫保溫1515分后的組織分后的組織700C700C保溫保溫1010分后的組織分后的組織 對普通金屬，當變形度為2%10%時，由于變形很不均勻，會呵斥晶粒異常長大，應予防止。變形度過大90%，因織構，晶粒也會粗大。通常變形度為30%60%。2. 預變形度的影響預變形度的影響預先變形度對再結晶晶預先變形度對再結晶晶粒度的影響粒度的影響 金屬的冷加工和熱加工是以再結晶溫度來劃分的。 凡是在金屬再結晶溫度以上進展的加工稱為熱加工；而在再結晶溫度以下進展的工稱為冷加工。第四節(jié)第四節(jié) 金屬的熱塑性變形熱變形加工金屬的熱塑性變形熱變形加工一、一、 熱變形

16、加工和冷變形加工的區(qū)別熱變形加工和冷變形加工的區(qū)別 金屬熱加工的特點是：不顯示加工硬化景象，變形后獲行再結晶組織。并且用較小的能量耗費得較大的變形量。 例如，鎢的最低再結晶溫度約為1200 ，故鎢即使在稍低于1200的高溫下進展變形仍屬于冷變形加工；錫的最低再結晶溫度約為-7，故錫即使在室溫下進展變形仍屬于熱變形加工。 熱加工對金屬組織和性能有很大的影響。進展熱變形加工時，熱加工對金屬組織和性能有很大的影響。進展熱變形加工時，應控制金屬的變形溫度范圍與最終的變形度。應控制金屬的變形溫度范圍與最終的變形度。 普通情況下，熱變形加工可運用于截面尺寸較大、變形量較大、資料在室普通情況下，熱變形加工可

17、運用于截面尺寸較大、變形量較大、資料在室溫下硬脆性較高的金屬制品；冷變形加工那么普通適于制造截面尺寸較小、資溫下硬脆性較高的金屬制品；冷變形加工那么普通適于制造截面尺寸較小、資料塑性較好、加工精度較高與外表粗糙度值要求較低的金屬制品。料塑性較好、加工精度較高與外表粗糙度值要求較低的金屬制品。二、二、 熱加工對金屬組織與性能的影響熱加工對金屬組織與性能的影響2.構成熱變形纖維組織構成熱變形纖維組織(流線流線) 鑄態(tài)金屬中分布在晶界上的雜質，在金鑄態(tài)金屬中分布在晶界上的雜質，在金屬變形時，塑性雜質如屬變形時，塑性雜質如FeS等沿晶粒變等沿晶粒變形方向伸長，呈帶狀分布；而碎性雜質如形方向伸長，呈帶狀

18、分布；而碎性雜質如氧化物等那么被擊碎，呈鏈狀分布。再結氧化物等那么被擊碎，呈鏈狀分布。再結晶時，晶粒的外形改動，而雜質依然沿被拉晶時，晶粒的外形改動，而雜質依然沿被拉長的方向呈流線狀保管下來，構成纖維長的方向呈流線狀保管下來，構成纖維組織。金屬的機械性能呈現各向異性。組織。金屬的機械性能呈現各向異性。1.消除鑄態(tài)金屬的某些缺陷消除鑄態(tài)金屬的某些缺陷 經過熱加工可使氣孔、縮孔大部分經過熱加工可使氣孔、縮孔大部分焊合，鑄態(tài)疏松被消除，使其力學性能焊合，鑄態(tài)疏松被消除，使其力學性能得到提高。得到提高。 纖維組織很穩(wěn)定，只需用鍛壓的方法才干改動纖維組織的方向和外形。 在設計和制造零件時，應使零件任務時的最大正應力方向與纖維方向重合，最大剪應力方向與纖維方向垂直，并使纖維能與零件輪廓相符合而不被切斷。熱變形纖維組織熱變形纖維組織(流線流線)運用運用帶狀組織帶狀組織 在加工亞共析鋼時，發(fā)現鋼中的F與P呈帶狀分布，這種組織稱帶狀組織。這種組織橫向的塑性和韌性明顯下降。 帶狀組織與枝晶偏析被沿加工方向拉長有關?？山涍^多次正火或分散退火消除.3.3.構成帶狀組織構成帶狀組織小結小結